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De los Resolvers a los sensores inductivos

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Sibol acaba de lanzar la serie IBS36-1 de codificadores inductivos compactos de eje hueco.

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01. Resolver

Un resolver, definido literalmente como transformador rotativo, es un sensor utilizado para medir el desplazamiento angular y la velocidad angular de objetos en rotación. Basado en el principio de inducción electromagnética de CA descubierto por Michael Faraday en 1831, consta de una bobina de excitación para la generación de señales y dos bobinas de inducción sinusoidal y cosenoidal dispuestas en un ángulo de 90° entre sí. Cuando se aplica una tensión de excitación de CA de alta frecuencia a la bobina de excitación, se generan las correspondientes tensiones inducidas en las dos bobinas de inducción. La relación de amplitud entre la tensión inducida y la tensión de excitación depende de la relación de posición relativa entre las bobinas de inducción y la bobina de excitación. La posición angular puede calcularse con precisión demodulando las señales de tensión inducida.

En términos de estructura, los resolvers son similares a los motores de CA, compuestos por bobinas de estator y bobinas de rotor. En sentido amplio, un resolver es un motor especial diseñado exclusivamente para mediciones de precisión.

Los primeros modelos de resolver adoptan una estructura con bobinas de excitación fijas en el estator y bobinas de inducción montadas en el rotor. Para exportar las señales eléctricas del rotor giratorio, se necesitan anillos colectores y escobillas. Este tipo se define como resolver de escobillas o de contacto. Sin embargo, la fricción entre las escobillas y los anillos colectores provoca inevitablemente un desgaste mecánico, lo que se traduce en una menor fiabilidad de funcionamiento y una vida útil más corta.

Para mejorar la fiabilidad y la vida útil, se han desarrollado resolvers sin escobillas basados en estructuras con escobillas. Al añadir bobinas auxiliares primarias y secundarias, la inducción electromagnética secundaria sustituye a la estructura tradicional de escobillas y anillos colectores, eliminando el desgaste mecánico. Sin embargo, este diseño conlleva un mayor tamaño, un peso más pesado y unos costes generales más elevados.

Posteriormente se desarrollaron los resolutores de reluctancia para ahorrar aún más costes y optimizar la distribución del espacio. Esta estructura integra bobinas de excitación e inducción dentro de las mismas ranuras del estator, mientras que el rotor está fabricado con materiales magnéticos de alta permeabilidad con perfiles especialmente optimizados. El campo magnético del entrehierro formado entre el rotor y las bobinas seno/coseno presenta una distribución seno-coseno aproximada. El único inconveniente es su precisión relativamente menor en comparación con los resolvers con escobillas y sin escobillas.

Desarrollados originalmente para aplicaciones militares, los resolvers presentan una estructura robusta, una gran capacidad antiinterferente y una excelente adaptabilidad a entornos de trabajo difíciles, como el polvo, la neblina de aceite, la humedad, las vibraciones, las interferencias del campo magnético y las temperaturas extremadamente altas y bajas. En la actualidad, se utilizan ampliamente en diversos campos industriales, como los sistemas de servocontrol, los equipos de automoción, la ingeniería energética, la metalurgia y los sistemas robóticos.

Sin embargo, el elevado coste derivado de su diseño de grado militar limita la popularización generalizada de los resolvers. Las bobinas de precisión y los materiales magnéticos de alta permeabilidad conllevan elevados costes de material y procesamiento. Además, los descodificadores específicos son esenciales para procesar y analizar los datos angulares de las señales de las bobinas de inducción, lo que aumenta aún más los costes de aplicación y los umbrales técnicos. Las principales marcas, como Tamagawa (Japón), LTN (Alemania) y Hengstler (Alemania), tienen precios de miles de dólares, lo que restringe su aplicación industrial a gran escala.

Además, la robusta estructura de los resolvers es un arma de doble filo. Su gran tamaño y peso los hacen inadecuados para aplicaciones industriales compactas y sensibles al espacio.

02. Sensores inductivos

En los últimos años, los avances en la tecnología de placas de circuito impreso (PCB) han permitido miniaturizar las voluminosas bobinas tradicionales e imprimirlas en placas de circuito ultrafinas, reduciendo drásticamente el coste del hardware de los resolvers tradicionales. Esta revolucionaria tecnología ha sido ampliamente reconocida y adoptada por el mercado en forma de sensores inductivos.

Los sensores inductivos heredan el principio de funcionamiento de los resolvers tradicionales, equipados con bobinas de excitación y bobinas de inducción. La bobina de excitación genera un campo magnético alterno de alta frecuencia, mientras que dos bobinas de inducción estructuralmente idénticas están dispuestas simétricamente en una estructura de conexión diferencial. En condiciones normales, la tensión diferencial de salida de las dos bobinas simétricas es cero. Cuando un objeto ferromagnético o conductor entra en el campo magnético, perturba la distribución del campo magnético, provocando una variación medible de la tensión de salida. La variación de tensión corresponde exactamente a la posición del objeto en movimiento.

Los sensores inductivos conservan todas las ventajas esenciales de los resolvers tradicionales. Gracias a la avanzada tecnología de circuitos digitales, la fabricación de placas de circuito impreso, la innovación de los chips integrados y los algoritmos de software optimizados, los sensores inductivos presentan una estructura más pequeña, delgada y ligera. Eliminan la necesidad de decodificadores dedicados, lo que simplifica la instalación, reduce los costes y amplía la aplicabilidad. Además, admiten modos de medición flexibles que los resolvers tradicionales no pueden conseguir, como la medición de geometría curva, la detección flexible y la medición de posición lineal.

03. Encóder inductivo serie IBS36-1

Gracias a una I+D independiente y a un estricto control de calidad, SENTOP ofrece continuamente productos de alto rendimiento y soluciones industriales personalizadas. Los nuevos encóderes inductivos de eje hueco en miniatura de la serie IBS36-1 están disponibles en dos especificaciones: tipo de una pieza con rodamiento integrado y tipo dividido sin rodamiento, que se adaptan totalmente a los diversos requisitos de aplicación de los clientes.

Características
Alta precisión: resolución de 14 bits con una precisión de hasta el 0,3%;
Adaptabilidad medioambiental superior: Resistente al polvo, la neblina de aceite y la humedad;
Adaptabilidad medioambiental superior: Resistente al polvo, la neblina de aceite y la humedad;
Rentable: Estructura optimizada con precios competitivos.
Rentable

Parámetros de rendimiento
Fuente de alimentación: 5V±10% o 9~30V opcional
Señales de salida: Analógica (0~5V, 0~10V, 4~20mA, PWM), Digital (SSI, RS485, CANopen), Incremental ABZ opcional;
Consumo de corriente: <80mA;
Temperatura de funcionamiento: -40℃~125℃;
Temperatura de almacenamiento: -55℃~125℃;
Velocidad máxima de rotación: 6.000 rpm.

Aplicaciones
Ampliamente aplicado en motores, robótica, automatización industrial, electrónica automotriz, maquinaria de construcción, minería, metalurgia, energía hidráulica, energía eléctrica y otras industrias. También ofrecemos soluciones personalizadas flexibles para satisfacer las necesidades especiales de diversos escenarios de aplicación. No dude en ponerse en contacto con nosotros para obtener asistencia técnica profesional.